蓖麻油粘滯系數(shù)與溫度關系實驗的研究--實驗十八 液體變溫粘滯系數(shù).doc

實驗十八 液體變溫粘滯系數(shù)【實驗目的】1學會使用變溫粘滯系數(shù)實驗儀。2通過測量收尾速度確定粘滯系數(shù)?！緦嶒瀮x器】一體化PH-IV型變溫粘滯系數(shù)實驗儀?！緝x器介紹】變溫式落針粘度計（如圖18-1所示）采用霍爾傳感器和多功能毫秒計(單板機計時器)測量落針的速度，并將粘度顯示出來，對待測液體水浴加熱，通過控溫裝置，達到預定的溫度。儀器由本體、落針、霍爾傳感器、控溫計時系統(tǒng)等組成。圖18-1 變溫式落針粘度計1粘度計本體 圖18-2 圖18-3本體結構如圖18-2所示。用透明玻璃管制成的內外兩個圓筒容器，豎直固定在水平機座上機座底部有調水平的螺絲。內筒長550mm，內筒內直徑約40mm，外筒外直徑約60mm。內筒盛放待測液體(如蓖麻油)，內外筒之間通過控溫系統(tǒng)灌水，用以對內筒水浴加熱。外筒的一側上、下端各有一接口，用橡膠管與控溫系統(tǒng)的水泵相連，機座上樹立一塊鋁合金支架，其上裝有霍爾傳感器和取針裝置。圓筒容器頂部盒子上裝有投針裝置(發(fā)射器)，它包括喇叭形的導環(huán)和帶永久磁鐵的拉桿。裝此導環(huán)為便于取針和讓針沿容器中軸線下落。用取針裝置把針由容器底部提起，針沿導環(huán)到達蓋子頂部被拉桿的磁鐵吸住。拉起拉桿，針因重力作用而沿容器中軸線下落。2針針如圖18-3所示，它是有機玻璃制成的空細長圓柱體，總長為(約185mm)，其外半徑為R2，直徑為d，約5.7mm，有效密度為,它的下端為半球形，上端為端圓臺狀，便于拉桿相吸。內部兩端裝有永久磁鐵，異名磁極相對。磁鐵的同名磁極間的距離為I(170mm)，內部有配重的鉛條，改變鉛條的數(shù)量，可改變針的有效密度。3霍爾傳感器它是靈敏度極高的開關型霍爾傳感器，做成圓柱狀，外部有螺紋，用螺母固定在儀器本體的鋁板上。輸出信號通過屏蔽電纜、航空插頭接到單板機計時器上。其電路方框圖如圖18-4所示。傳感器由5V直流電源供電，外殼用非磁性金屬材料(銅)封裝，每當磁鐵經(jīng)過霍爾傳感器前端時，傳感器即輸出一個矩形脈沖，同時有LCD(發(fā)光二極管)指示。4單板機計時器以單板機為基礎的SDA型多功能毫秒計用以計時和處理數(shù)據(jù)，硬件采用MCS51系列微處理芯片，配有并行接口，驅動電路，輸入由44鍵盤實現(xiàn)。顯示為6個數(shù)碼管，軟件固化在2764EPROM中，霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖經(jīng)整形后，從航空插座輸入單板機，由計時器完成兩次脈脈沖之間的計時，接受參數(shù)輸入，并將結果計算和顯示出來。它由220V交流電供電，經(jīng)整流穩(wěn)壓變?yōu)?V直流電圖18-4圖中3個LED數(shù)碼管顯示油的溫度。將溫度編碼開關調到某一溫度（例如高于室溫5C，圖中為33.0C），啟動水泵對待測液體水浴加熱，此時OUT燈亮。當待測液體的溫度達到設定的溫度后，OUT燈滅，需待一段時間后方可進行實驗。圖18-55控溫系統(tǒng)控溫系統(tǒng)由水泵、加熱裝置及控溫裝置組成。微型水泵運轉時，水流自粘度計本體的底 部流入，自頂部流出，形成水循環(huán)，對待測液體進行水浴加熱，加熱功率為100W，并通過控溫裝置的調節(jié)，達到預定溫度。待側液體的溫度則用置于其中的酒精溫度計測量。變溫粘滯系數(shù)實驗儀的面板結構見圖18-5，背板結構如圖18-6所示?！緦嶒炘怼慨斸樤诖郎y液體中沿容器中垂線下落時。經(jīng)過一段時間，針所受的重力；浮力和粘滯力達到平衡，針變?yōu)閯蛩龠\動。這時針的速度稱為收尾速度，此速度可通過兩磁鐵經(jīng)過傳感器的時間間隔T求得。圖18-6對于牛頓液體，在恒溫條件下，求動力粘度的公式為： （18-1）式中：R容器內筒半徑，R 2落針外半徑。V針下落收尾速度，針的有效密度，液體密度，液體粘度，重力加速度，其中壁和針長的修正系數(shù)為： 其中 （18-2） （18-3）在實際情況下，上面（18-1）式可簡化，考慮到L 兩磁鐵同名磁極的間距。T 兩磁鐵經(jīng)過傳感器的時間間隔。則（18-1）式可改寫為 （18-4）在變溫條件下，還必須考慮液體密度隨溫度的改變 （18-5）值可用實驗方法確定，大約為=kg/m3， 這樣，將（18-5）式代入（18-1）式，就可算得粘度。因為將計算的程序已固化在EPROM中，所以，利用單板機可將粘度計算并顯示，實現(xiàn)了智能化。【實驗內容】測定粘滯系數(shù)與溫度的曲線關系。【實驗步驟】1接通電源，按下控溫按鈕，設定溫度，將溫度控制器編碼開關調到某一定溫度，（一般高于室溫5）對待測液體水浴加熱，到達設定溫度后，紅色指示燈熄滅進行保溫，由于熱慣性，需要一段時間后，才能達到平衡，記錄容器中酒精溫度記的讀數(shù)（液體溫度）。2用取針裝置將針拉起懸掛在容器上端3按“復位”鍵，數(shù)顯表顯示“PH-2”。4按“2”鍵，“H”或“L”，表示毫秒計進入記時待命狀態(tài).5將投針裝置的磁鐵拉起，讓針沿圓筒中心軸線下落，稍待片刻，數(shù)顯表顯示時間(單位：毫秒),按A鍵提示修改參數(shù),第一次顯示落針的有效密度(2260kg/m)，第二次顯示蓖麻油的有效密度(見表18-1)，第三次按A鍵顯示該設定溫度下的液體粘度。記錄液體粘度。表18-1編碼溫度t （）酒精溫度記t（）蓖麻油的有效密度L( kg/m)粘度系數(shù)PS 以上的溫度以實驗室要求為準。6設定其它溫度,繼續(xù)加熱液體, 用取針裝置將拉起懸掛在容器上端，測定該溫度下液體的粘度?！緮?shù)據(jù)處理】作粘度和溫度t（）的關系曲線。【注意事項】1實驗時，首先接通電源，按下控溫按鈕，將溫度編碼開關調到某一溫度（例如高于室溫5），啟動水泵對待測液體水浴加熱，此時OUT燈亮。當待測液體的溫度達到設定的溫度后，OUT燈滅，進行保溫。由于熱慣性，需待一段時間后方可進行實驗。2落針過程中，針應保持豎直狀態(tài)。若針頭部偏向霍爾探頭，數(shù)據(jù)偏大；若針尾部偏向霍爾探頭，數(shù)據(jù)偏小。數(shù)字顯示結果為時間(單位：毫秒)。按“A”鍵，第一次顯示落針的有效密度，第二次顯示蓖麻油的有效密度，第三次顯示該設定溫度下的液體粘度。3用取針裝置將拉起懸掛在容器上端后，應將取針裝置上的磁鐵旋轉，離開容器，以免對針的下落